【计算机网络】网络层——IPv6/IP组播/移动IP

IPv6

IPv6的主要特点

• 解决“IP地址耗尽”问题的措施：
  1. 采用无分类编址CIDR，使IP地址的分配更加合理；
  2. 采用网络地址转换NAT方法以节省全球IP地址；
  3. 采用更大地址空间的新版本的IPv6；
  • 前两种方法只是延长了IPv4地址分配完毕的时间，只有第三种方法从根本上解决了IP地址耗尽的问题；
• IPv6主要特点：
  1. 更大的地址空间：IPv6将地址从IPv4的32位增大到128位，字节数16B是IPv4字节数4B的平方；
  2. 拓展的地址层次结构；
  3. 灵活的首部格式；
  4. 改进的选项；
  5. 允许协议继续扩充；
  6. 支持即插即用、自动配置；
  7. 支持资源的预分配；
  8. IPv6只有在包的源节点才能分片，是端到端的，传输路径中的路由器不能分片，所以从一般意义上来说，IPv6不允许分片，不允许类似IPv4的路由分片；
  9. IPv6首部长度必须是8B的整数倍，而IPv4是4B的整数倍；
  10. 增大了安全性，身份验证和保密功能是IPv6的关键特征；

IPv6地址

• IPv6地址可以是一下三种基本类型：
  1. 单播：传统的点对点通信；
  2. 多播：一点对多点通信，分组被交付到一组计算机的每台计算机；
  3. 任播：目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一台计算机，通常是距离最近的一台计算机；
• IPv6拓展了IPv4地址的分级概念：
  1. 第一级指明全球都知道的公共拓扑-顶级；
  2. 第二级指明单个场点-场点级；
  3. 第三级指明单个网络接口；
  • 作用：使路由器能够更快地查找路由；
• IPv4向IPv6过渡的两种策略：
  1. 双协议栈技术
     • 在一台设备上同时装有IPv4和IPv6协议栈，这台设备既可以和IPv4网络通信，又可以和IPv6网络通信；
     • 路由器：不同结构分别配置；
     • 计算机：同时拥有两个地址；
  2. 隧道技术
     • 将整个IPv6数据报封装到IPv4数据报的数据部分，使得IPv6数据报可以在IPv4网络的隧道中传输；

IP组播

组播的概念

• 让源计算机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地址标识的若干目标主机，被他们正确接收；
• 组播一定仅应用于UDP，他对将报文同时送往多个接收者的应用来说非常重要；
• 主机使用一个称为IGMP(因特网组管理协议)的协议加入组播组，它们使用该协议通知本地网络上的路由器关于要接收发送给某个组播组的分组的愿望，通过拓展路由器的路由选择和转发功能，可以在许多路由器互联的支持硬件组播的网络上面实现因特网组播；
• 单播与组播的比较
  

IP组播地址

• 组播数据报和一般IP数据报的区别：
  • 前者使用D类IP地址作为目的地址，并且首部中的协议字段为2，表明使用IGMP；

注意

1. 组播数据报也是“尽最大努力交付”，不提供可靠交付；
2. 组播地址只能用于目的地址，不能用于源地址；
3. 对组播数据报不产生ICMP差错报文；
   • 若在PING命令后键入组播地址，则永远不会受到响应；
4. 并非所有的D类地址都可以作为组播地址

• IP组播

  1. 只在本局域网上进行硬件组播；
  2. 在因特网的范围内进行组播；

• 由于组播IP地址与以太网硬件地址的映射关系不唯一，因此收到组播数据报的主机，还要在IP层利用软件进行过滤，把不是本主机要接收的数据报丢弃；

IGMP与组播路由算法

• 使路由器知道组播成员的信息；
• IGMP让连接到本地局域网上的组播路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个组播组；
• IGMP应视为TCP/IP的一部分，其工作可分为两个阶段：
  1. 第一阶段
     • 当某台主机加入新的组播组时，该主机应向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要成为该组的成员；
     • 本地的组播路由器收到IGMP报文后，将组成员关系转发给因特网上的其他组播路由器；
  2. 第二阶段
     • 组成员关系是动态的，本地组播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否仍存在时组的成员；
     • 只要对某个组有一台主机响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的；
     • 一个组在经过几次探询后仍然没有一台主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他地组播路由器；
• 组播路由选择实际上就是要找出以源主机为根节点地组播转发树，每个分组在每条链路上只传送一次
  • 不同多播组对应于不同的多播转发树；
  • 同一个多播组，对不同源点也会有不同地多播转发树；
• 路由选择算法
  1. 基于链路状态地路由选择；
  2. 基于距离-向量的路由选择；
  3. 可以建立在任何路由器协议上，称为协议无关的组播PIM；

移动IP

移动IP的概念

• 支持移动性的因特网体系结构与协议共称为移动IP，他是为了满足移动结点在移动过程中保持其连接性而设计的；
• 基于IPv4的移动IP定义三种功能实体
  • 移动结点、归属代理、外埠代理；
  • 归属代理和外埠代理又统称为移动代理；
  1. 移动结点
     • 具有永久IP地址的移动结点
  2. 本地代理
     • 在一个网络环境中，一个移动结点的永久“居所”被称为归属网络，在归属网络中代表移动结点执行移动管理功能的实体称为归属代理，他根据移动用户的转交地址，采用隧道技术转交移动结点的数据包；
  3. 外部代理
     • 在外部网络中帮助移动结点完成移动管理功能的实体称为外部代理；
• 移动IP与动态IP
  • 动态IP指的是局域网中的计算机可以通过网络中的DHCP服务器动态地获得一个IP地址，而不需要用户在计算机的网络设置中指定IP地址；
  • 动态IP和DHCP经常会应用在我们实际工作环境中；

移动IP通信过程

• 移动结点的本地地址与当前转交地址的联合称为移动绑定或简称绑定；
• 当移动结点得到一个新的转交地址时，通过绑定向本地代理进行注册，以便让本地代理即时了解移动结点的当前位置；
• 移动IP技术的基本通信流程：
  1. 移动结点子本地网时，按传统的TCP/IP方式进行通信（在本地网中由固定的地址）；
  2. 移动结点漫游到一个外地网络时，仍然使用固定的IP地址进行通信；
     • 为了能够收到通信对端发给他的IP分组，移动结点需要向本地代理注册当前的位置地址，这个位置地址就是转交地址（它可以是外部代理的地址或动态配置的一个地址）；
  3. 本地代理接收来自转交地址的注册后，会构建一条通向转交地址的隧道，将截获的发给移动结点的IP分组通过隧道送到转交地址处；
  4. 在转交地址处解除隧道封装，恢复原始的IP分组，最后送到移动结点，这样移动结点在外网就能够收到这些发送给他的IP分组；
  5. 移动结点在外网通过外网的路由器或外部代理向通信对端发送IP数据包；
  6. 移动结点来到另一个外网时，只需向本地代理注销转交地址，就可继续通信；
  7. 移动结点回到本地网时，移动结点向本地代理注销转交地址，这时移动给点又将使用传统的TCP/IP方式进行通信；